包括聚羟基链烷酸酯共聚物/聚乳酸聚合物或共聚混合物的纤维制造技术

本发明专利技术公开了在环境中可降解的熔纺纤维，该纤维包括聚羟基链烷酸酯共聚物和聚乳酸聚合物或共聚物。本发明专利技术的优选构型涉及在环境中可降解的纤维，该纤维包括皮／芯式结构，其中芯包括可生物降解的聚羟基链烷酸酯共聚物，皮包括聚乳酸的聚合物或共聚物。本发明专利技术也公开了包括在环境中可降解的纤维的无纺纤维网和一次性制品。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在环境中可降解的纤维，所述纤维包括聚羟基链烷酸酯共聚物和聚乳酸聚合物或共聚物。该纤维用于制造一次性无纺制品。
技术介绍
本专利技术涉及缓解由于过量塑料废物导致的日益严重的环境问题的需求，所述过量塑料废物在垃圾填埋场内所占体积分数日益增长。鉴于希望减少每年由消费者产生的固体废弃物量，可生物降解的聚合物及由其形成的产品正变得日益重要。本专利技术还涉及开发新型塑料材料的需求，这些材料可用于那些主要要求生物降解性、可堆肥性或生物相容性等特性的应用中。现已进行了许多尝试来制造可降解的产品。但是，由于费用、加工难度和最终使用性，几乎都没有获得商业成功。许多具有良好降解性的组合物仅具有有限的可加工性。相反，较易于加工的组合物具有较差的降解性。相对于薄膜和层压材料，难以制造用于无纺制品的具有良好可降解性的有用纤维。这是因为对纤维的材料和加工性质要求极其严格，即，加工时间典型地非常短，并且流动特性更依赖材料的物理性质和流变学特性。在纤维生产中的局部应变和剪切率要远大于其它过程。另外，纤维纺丝要求均匀的熔化物。对于纺织非常精细的纤维，在熔化物中的小缺陷、轻微的不一致性或不均匀性都是商用工艺所不能接受的。纤维越稀薄，其加工条件和材料的选择就越严格。新型的理想材料需具有常规聚烯烃的许多物理性质。它们必须是不透水的、坚韧的、牢固但又是柔软的、柔韧的、无格格声的、具有高性价比的，并且必须能在标准聚合物加工设备上制造，以便能够支付得起。为了制造具有更能接受的加工性和最终使用性的纤维，选择可接受的降解聚合物具有挑战性。可降解聚合物必须具有好的纺丝性和适合的熔化温度。熔化温度必须足够高以得到最终的使用稳定性，防止收缩或熔化。这些要求使得选择用于制造纤维的可降解聚合物非常困难。聚羟基链烷酸酯(PHAs)通常为半结晶的热塑性聚酯化合物，可通过合成法或通过多种微生物，例如细菌或藻类来生产。后者典型地产生光学纯的物质。传统已知的细菌PHA包括全同立构聚(3-羟基丁酸酯)，或PHB，该聚合物是高度熔融的、高度结晶的、易碎的/脆弱的羟丁酸均聚物；和全同立构聚(3-羟基丁酸酯-共聚-戊酸)，或PHBV，该聚合物为具有稍低的结晶度和较低熔点的共聚物，但仍然具有高结晶度和易碎/脆弱等相同缺点。PHBV共聚物记载于Holmes等人的美国专利4,393,167和4,477,654；直到最近才可从Monsanto公司以商品名BIOPOL商购获得。已经证实，在许多情况下，当存在微生物时，它们可容易地进行生物降解。但是已知这两类PHA为易碎的聚合物，在机械力下趋向易于脆性破裂和/或撕碎。它们的可加工性也相当成问题，因为它们的高熔点要求加工温度能有助于它们在其熔融时的大量热降解。最后，它们的结晶速度显著低于传统商用的聚合物，这使得它们的加工非常困难或在目前的转化设备上没有经济性。其它已知的PHA有所谓的长侧链PHA或全同立构聚羟基辛酸酯(PHO)。与PHB或PHBV不同，由于不断出现的戊基和沿主链规则隔开的较高烷基侧链，这些物质实际上是非晶形的。但是当这些物质存在时，它们的结晶片段具有非常低的熔点和极慢的结晶速度。例如，Gagnon等人在Macromolecules，25，3723-3728(1992)中公开的熔化温度为大约61℃，且在最佳结晶温度下需要花费约3周的时间才能达到最大结晶度，该文献引入本文以供参考。另外，聚(3-羟基链烷酸酯)共聚物组合物已公开于Kaneka的美国专利5,292,860和宝洁公司的美国专利5,498,692、5,536,564、5,602,227、5,685,756中。所有这些专利都描述了调整PHA的结晶度和熔点的不同方法，通过沿主链随机掺入控制量的“缺陷”可部分地阻碍结晶过程，从而得到所需的比高结晶度PHB或PHBV低的数值。这些“缺陷”为不同类型(3-羟基己酸酯和更高的酯)的支链，或较短的(3HP，3羟基丙酸酯)或较长的(4HB，4-羟基丁酸酯)直链脂族柔性间隔体。得到的是半结晶共聚物结构，它们可调整至在80℃至150℃的典型使用范围内熔化，并且在加工期间不易发生热降解。另外，由于它们较低的结晶度和较高的微生物敏感性，这些共聚物的生物降解速度较高。然而，尽管这些共聚物的机械性和熔化操作条件通常比PHB或PHBV有所改善，但是它们的结晶速度特有地慢，通常低于PHB和PHBV。但是，通常使用常规的熔化方法将这些较新的PHA共聚物以及其它可生物降解的聚合物转化为有用的形式具有相当大的挑战性，因为它们在从熔化状态冷却下来后保持了很大的粘性，并一直保持至出现足够的结晶度，对于PHA共聚物含量高于10％重量的尤其如此。残余粘性典型地能使物质本身粘结或粘结到加工设备上，或同时发生这两种情况，从而限制生产聚合物产品的速度，或阻止产品以适当的质量形式被收集。因此，需要廉价的和可熔融操作的可降解聚合物的组合物。并且，该聚合物组合物应适用于常规的加工设备。也需要包含由这些纤维制得的无纺纤维网的一次性制品。专利技术概述本专利技术公开了在环境中可降解的熔纺纤维，该纤维包括聚羟基链烷酸酯共聚物(PHA)和聚乳酸聚合物或共聚物(PLA)。这些组合物，作为混合物或不同的组分，与单独的PHA共聚物或单独的PLA聚合物或共聚物相比，通常可提供不同的和改善的一种或多种材料性质。混合材料具有的不同和改善的性质包括以下性质中的任意一种例如，硬度/柔性度、脆性/柔性、粘着性，即粘性、韧性、延展性、可加工性、或不透明性/透明性。本专利技术的优选构型涉及包括皮/芯式结构的可生物降解纤维，其中所述芯包括可生物降解的聚羟基链烷酸酯共聚物，所述皮包括PLA聚合物或共聚物。本专利技术也公开了包括在环境中可降解的纤维的无纺纤维网和一次性制品。专利技术详述除非另外说明，本专利技术中所有百分数、比率和比例均按组合物的重量计。本说明书包括如下详细说明(1)本专利技术的材料；(2)纤维构型；(3)纤维的材料性质；(4)方法；和(5)制品。本专利技术涉及包括在环境中可降解的聚合物的纤维。第一聚合物为可生物降解的聚羟基链烷酸酯共聚物，将在下文中阐述。第二聚合物为在环境中可降解的PLA聚合物，将在下文中阐述。聚羟基链烷酸酯共聚物使得纤维可在环境中迅速降解。第二PLA聚合物使聚合物混合物可纺，并有助于防止通常与聚羟基链烷酸酯聚合物相关的粘性。本专利技术的优选构型涉及包括皮-芯结构的在环境中可降解的复合纤维。在这个优选构型中，将大部分PHA混合物放在所述芯里，而将PLA聚合物放在所述皮里。另一种优选构型是将PHA与PLA聚合物的混合物纺织到单组分的多成分纤维中。这些混合物也可被置于皮-芯式双组分纤维的皮里，只要它们在小型纺丝机中结晶或在纤维形成过程中被充分玻璃化，以避免纤维粘合或收缩等加工问题。(1)材料聚羟基链烷酸酯共聚物(PHA)可生物降解的纤维部分地由组合物形成，该组合物包括至少在环境中可降解的第一聚羟基链烷酸酯共聚物，该共聚物包括至少两个无规重复单体单元(RRMU)。第一RRMU具有下式(I)结构 其中R1为H、或者C1或C2烷基，并且n为1或2。在优选的实施方案中，R1为甲基(CH3)。在第一RRMU的另一个优选实施方案中，R1为甲基，n为1，由此，聚羟基链烷酸酯共聚物包括3-羟基丁酸酯单元。包含在可生物降解本文档来自技高网...

【技术保护点】
在环境中可降解的熔纺组合物，所述组合物包括：　　　　ＰＬＡ聚合物或共聚物；和　　　　包括至少两个无规重复单体单元的聚羟基链烷酸酯共聚物；　　　　其中第一单体单元具有下式（Ⅰ）的结构：　　　　＊＊＊　　（Ⅰ）　　　　其中Ｒ↑［１］为Ｈ、或者Ｃ１或Ｃ２烷基，并且ｎ为１或２；和　　　　其中第二单体单元具有下式（Ⅱ）的结构：　　　　＊＊＊　　（Ⅱ）　　　　其中Ｒ↑［２］为Ｃ３－Ｃ１９烷基或Ｃ３－Ｃ１９链烯基，　　　　或所述第二单体单元具有下式（Ⅲ）的结构：　　　　＊＊＊　　（Ⅲ）　　　　其中ｍ为２至９　　　　其中所述组合物为纤维形式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：I诺达，EB邦德，DH梅利克，
申请(专利权)人：宝洁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]